JP2015098882A

JP2015098882A - 転がり支持装置

Info

Publication number: JP2015098882A
Application number: JP2013237953A
Authority: JP
Inventors: 中井　毅; Takeshi Nakai; 毅中井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-28

Abstract

【課題】転がり支持装置に用い、アルミナより安価且つ十分な強度の材料で作製される転動体を提供すること。【解決手段】本発明は、互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材及び第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、転動体はアルミナ繊維をジルコニア中に添加した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにより作製され、前記アルミナ繊維は繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにおける含有量が５０〜８０質量％であることを特徴とする転がり支持装置を提供している。【選択図】図１

Description

本発明は転がり支持装置に関し、より詳細にはセラミック製の転動体を備える転がり支持装置に関する。

例えば、エアコンのファンモータでは、省エネ化のためにインバータ制御されていることが多い。しかし、インバータ回路から高周波の電流が発生してモータ内にある軸受の内外輪や転動体にも流れ込むことがあり、それにより転動面（レース面）に電食が発生することがある。

電食を防止するためには様々な提案がなされており、セラミック製の転動体を用いた転がり軸受を用いることも行われている。セラミック材料としては、窒化ケイ素やジルコニア、アルミナ等が一般的であり、例えば、特許文献１では、イットリア等の金属酸化物を２〜５質量％、ジルコニア１００質量部に対してアルミナを５〜４０質量部とし、各成分粒子の粒径を特定したジルコニア−アルミナ−イットリア系セラミックで転動体を形成した転がり軸受を提案している。また、特許文献２では、アルミナ含有率を２０質量％以上にしてヤング率を２５０ＧＰａ以上に高めたジルコニア−アルミナ−イットリア系セラミックで転動体を形成した転がり軸受を提案している。更に、特許文献３では、アルミナが６０〜９５モル％でジルコニアが４０〜５モル％のアルミナ−ジルコニア系セラミック製で、表面粗さを０．０５Ｒａ以下に加工した転動体を備える転がり軸受を提案している。

特開２００２−１０６５７０号公報特開２００２−７０８７１号公報特開２００２−５１８０号公報

しかしながら、窒化ケイ素やジルコニアはアルミナに比べて高価であり、材料コストが高くなる問題がある。また、アルミナ−ジルコニア系セラミックでは、アルミナ成分量が多くなるほど安価になるものの、一方で機械的強度が低下するようになり、強度が要求される用途には使用できない状況にある。

そこで本発明は、転動体の形成材料として安価なアルミナを用いるとともに、補強を施すことにより、強度不足でこれまで使用できなかった用途にも使用可能な転動体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は下記の転動体を提供する。
（１）互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材及び第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、転動体はアルミナ繊維をジルコニア中に添加した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにより作製され、アルミナ繊維は繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにおける含有量が５０〜８０％質量％であることを特徴とする転がり支持装置。
（２）アルミナ繊維の形状は、平均繊維径２〜１０μｍ、平均繊維長さ４〜２０μｍ、アスペクト比２以下であることを特徴とする（１）に記載の転がり支持装置。

本発明では、ジルコニア中にアルミナ繊維を添加して補強した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックで転動体を形成したため、従来のアルミナ系セラミック製転動体では強度不足により使用できなかった用途にも適用できるようになる。また、主成分をアルミナとしているので、窒化ケイ素やジルコニアを用いるよりも安価にすることができる。

本発明に係る転がり支持装置の一実施形態である玉軸受を示す断面図である。曲げ強度試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において、転がり支持装置の構造には制限がなく、例えば図１に断面図で示すような玉軸受を例示することができる。図示される玉軸受は、外輪１と内輪２との間に、転動体である玉３が転動自在に介在してあり、玉３は、保持器４により所定間隔に保持するようになっている。また、外輪１と内輪２の材質はＳＵＪ２とする。

本実施形態では、玉３を、アルミナ繊維をジルコニア中に添加した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックで形成する。アルミナ繊維は、平均繊維径２〜１０μｍ、平均繊維長さ４〜２０μｍ、アスペクト比２以下とする。また、アルミナ繊維におけるアルミナ純度に制限はなく、シリカ等を含んでいてもよい。

本実施形態では、アルミナ繊維を、ジルコニア粉末中に添加し、アルミナ繊維が３０、４０、４５、５０、７０、８０、８５、９０質量％をそれぞれ含有する繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミック製転動体を作製した。

（製造方法）
まず、アルミナ繊維とジルコニアを上述の組成に調合し、ボールミルにてイオン交換水中２４時間の湿式混合を行なった。混合後、成形バインダーを添加しスプレドライヤーにて乾燥造粒を行い、成形プレス用の粉末を作製する。成形粉末は１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧にて一軸油圧プレスによる成形を行い、曲げ強度測定用試料、そして日本精工型番６０８の深溝玉軸受の耐久試験に供するための転動体を作製した。転動体のサイズは５／３２ｉｎ．とした。

ここで得られたそれぞれの成形体は焼結を行い素球にした。焼結条件は大気圧（酸素気流中）１５００℃の焼結温度にて２時間保持した。その後、ＨＩＰ処理を行うが、処理条件はアルゴン気流中１４５０℃にて１時間保持し、処理圧は１０００気圧とした。

（曲げ強度試験）
アルミナ繊維の添加量を種々変化させた場合の曲げ強度を図２に示す。図中には、ジルコニアにアルミナ繊維を添加したもの、アルミナにアルミナ繊維を添加したもの、及び窒化ケイ素材の強度を示した。図２より、ジルコニア、アルミナともに、アルミナ繊維の添加量が５０重量％以上８０重量％以下の組成において最も高強度を示した。ジルコニアにアルミナ繊維を添加した場合における同範囲の組成では、窒化ケイ素よりも強度に優れていることがわかる。ジルコニアにアルミナ繊維を添加することで、アルミナにアルミナ繊維を添加した場合の強度上昇より強度の上昇率が高くなるのは、アルミナ繊維がジルコニアに拘束（材料内での歪エネルギー）されることによるものであり、複合には最も適した組成である。

（寿命試験）

表１に示すように、動等価荷重／基本動定格荷重（Ｐ／Ｃ）＝０．３、０．５、０．７の荷重条件にてスラスト寿命試験を行い、上記の表１にスラスト寿命試験の結果を示す。回転速度は１０００ｒｐｍとし、室温、潤滑油浴での試験を実施した。転動体は、アルミナ形状が繊維径１０μｍ、繊維長さ２０μｍ、アスペクト比が２のアルミナ繊維を、ジルコニア粉末中に３０、４０、４５、５０、７０、８０、８５、９０重量％添加した組成の繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミック転動体とし、５／３２ｉｎ．ボールとした。相手材はＳＵＪ２とし、転動体が剥離した時点で寿命とした。

表１より、ジルコニアにアルミナ繊維をそれぞれ５０、７０、８０％添加した組成（実施例１〜３）では、いずれの荷重条件とも目標寿命に到達したが、５０％未満の組成及び８０％より多い添加量の組成（参考例１〜５）では、Ｐ／Ｃ０．５及び０．７において目標寿命未達で剥離した。

以上の試験結果からジルコニア中にアルミナ繊維を５０重量％以上８０重量％以下含有させた繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックで玉を形成することにより、高強度になることが分かる。

このように、上記繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミック製の玉３を用いることにより、玉３の強度を高めるとともに、外・内輪１、２と玉３とが電気的に絶縁される。また、外輪１及び内輪２は、ＳＵＪ２鋼、ＳＵＳ鋼、１３Ｃｒ鋼等の金属製にすることができるが、玉３がセラミック製であることから、外輪１及び内輪２との間で金属接触にならず損傷も少なくなる。

また、潤滑剤は、潤滑油でもよいし、潤滑油を基油とするグリースでもよい。また、潤滑油または基油、増ちょう剤、更には添加剤に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

尚、上記した実施形態は本発明の一例を示したものであって、例えばアンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受、若しくは直線運動装置にも適用でき、それぞれの転動体を上記した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックで形成する形態にしてもよい。

１外輪
１ａ転動面
２内輪
２ａ転動面
３玉
４保持器

Claims

互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材及び第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
前記転動体はアルミナ繊維をジルコニア中に添加した繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにより作製され、前記アルミナ繊維は繊維強化型アルミナ−ジルコニア複合セラミックにおける含有量が５０〜８０質量％であることを特徴とする転がり支持装置。
前記アルミナ繊維の形状は、平均繊維径２〜１０μｍ、平均繊維長さ４〜２０μｍ、アスペクト比２以下であることを特徴とする請求項１に記載の転がり支持装置。